(57)【要約】      （修正有）【課題】ヘリカルギヤの歯溝加工をＮＣフライスなどの汎用工作機械によりギヤブランクを直接切削することで、所望の合成樹脂製ヘリカルギヤを製作できるヘリカルギヤ切削加工方法及び切削加工装置を提供する。【解決手段】工具を回転させて切削を行う工作機械を用いて所望のヘリカルギヤを切削加工するヘリカルギヤ切削加工方法であって、前記所望のヘリカルギヤの歯先円直径と同じ直径、及び該ヘリカルギヤの歯幅と同じ厚さを有するギヤブランク３２を用意し、任意の角度に設定可能な数値制御式回転テーブル１７を、回転工具６１が取り付けられる主軸１２の中心線に対してヘリカルギヤのねじれ角と同じ角度だけ傾け、前記数値制御式回転テーブル１７の上面に回転可能に設けられている回転テーブル３０上に、該回転テーブル３０に間隔を置いて平行に前記ギヤブランク３２を固定し、前記回転工具６１によりギヤブランク３２に歯溝を形成する。【選択図】図１
2006218581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を回転させてワークピースの切削を行う工作機械を用いて所望のヘリカルギヤを切削加工するヘリカルギヤ切削加工方法において、
前記所望のヘリカルギヤの歯先円直径と同じ直径、及び該ヘリカルギヤの歯幅と同じ厚さを有するギヤブランクを用意し、
任意の角度に設定可能な数値制御式回転テーブルを、回転工具が取り付けられる主軸の中心線に対してヘリカルギヤのねじれ角と同じ角度だけ傾け、
前記数値制御式回転テーブルの上面に回転可能に設けられている回転テーブル上に、該回転テーブルに間隔を置いて平行に前記ギヤブランクを固定し、
前記回転工具によりギヤブランクに歯溝を形成する、
ことを特徴とするヘリカルギヤ切削加工方法。
【請求項２】
所望のヘリカルギヤの１歯分の歯直角断面又はヘリカルギヤの中心軸に対して直角に断面された歯形の輪郭形状を回転工具の半径分オフセットした工具軌跡に沿って前記回転工具を基準点から移動させ、１歯分の歯溝を切削加工し、
回転工具を前記基準点に戻し、
次に、前記数値制御式回転テーブル上に設けられている前記回転テーブルを１歯分回転させ、再び前記工具軌跡に沿って１歯分の歯溝を切削加工し、これを所望の歯数分繰り返す、
ことを特徴とする請求項１に記載のヘリカルギヤ切削加工方法。
【請求項３】
ＮＣフライスと、
取り付け面が所望のヘリカルギヤのねじれ角と同じ傾斜角を有する傾斜台と、
該傾斜台の取り付け面に取り付けられる数値制御式回転テーブルと、
ギヤブランクが平行且つ間隔をおいて取り付けられる、前記数値制御式回転テーブル上に回転可能に取り付けられた回転テーブルと、
を備えることを特徴とするヘリカルギヤ切削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカルギヤのインボリュート溝加工を一般的なＮＣ（数値制御）フライスなどの工作機械で加工する方法及び装置に関し、より詳細には、小径の回転工具を用いて樹脂材料を直接切削してヘリカルギヤを製作するヘリカルギヤ加工方法及び切削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリカルギヤ（はすば歯車）は、複写機やプリンターなどの事務機器の紙送り機構の動力伝達要素として数多く使用されている。ヘリカルギヤの特徴は、その言葉どおりギヤの歯が回転軸に対してねじれ角を持っている点である。
【０００３】
上記の紙送りに機構に使用されるヘリカルギヤの材質は、主にＰＯＭ（ポリオキシメチレン）のようなポリアセタール樹脂やＭＣ（モノマー・キャスト）ナイロンなどの合成樹脂製であり、このヘリカルギヤは、射出成形金型を用いて射出成形機により製造される。
【０００４】
ここで、ヘリカルギヤの従来の一般的な製造方法を簡単に説明する。
【０００５】
第１の例としては、ホブ盤やギヤ研削盤などの専用のギヤ形状加工機（例えば、特許文献１、２参照）で、所望のヘリカルギヤと同一形状の電極を製作する。続いて、この電極を用いて、放電加工機で射出成形金型の入れ子部品（キャビティ）に所望のヘリカルギヤ形状を放電加工で形成する。次に、製作された入れ子部品を射出成形金型に組み付け、完成した金型を射出成形機に取り付け、射出成形により所望の合成樹脂製ヘリカルギヤを得る。
【０００６】
第２の例としては、ワイヤーカット放電加工機（例えば、特許文献３、４参照）で、上記入れ子部品に所望のヘリカルギヤ形状を形成し、続いて、上記第１の例と同様に、製作された金型を用いて所望のヘリカルギヤを射出成形する。
【０００７】
すなわち、所望のヘリカルギヤを得るためには、専用のギヤ形状加工機やワイヤーカット放電加工機が必要であり、これらにより先ず金型を製作して後、該金型を取り付けた射出成形機で所望の樹脂材料（例えば、ＰＯＭ）を射出成形する必要がある。
【０００８】
なお、一般的なヘリカルギヤの加工方法は、非特許文献１に開示されるように、専用の工具を使用するものである。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２１９６１２号公報
【特許文献２】特開平１１−３４７９３０号公報
【特許文献３】特開平５−４１２１号公報
【特許文献４】特開平８−７１８５２号公報
【非特許文献１】大西清著、「ＪＩＳにもとづく機械設計製図便覧」、第１０版、理工学社、２００１年４月、６−２０、６−２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、製品の初期試作段階では、ヘリカルギヤの駆動源であるモータの変更や、紙送りスピードの高速化などの目的で、ヘリカルギヤの仕様変更が行われる。したがって、ヘリカルギヤの仕様変更毎に試作金型のギヤ部分の入れ子部品の製作が必要となる。
【００１１】
複写機やプリンターなどの製品開発段階でヘリカルギヤを試作する場合、１０個程度の少数のヘリカルギヤの試作であっても、金型を製作し射出成形機で成形して所望のヘリカルギヤを作成する。このようなヘリカルギヤの試作コストは、電極部品の製造コスト、射出成形金型の入れ子部品の製造コスト、及び射出成形機のランニングコストなどを含み、また、これを仕様変更のたび毎に繰り返すことで、ヘリカルギヤの試作コストは非常に高いものとなる。また、電極部品、入れ子部品などを製作するための製作期間も例えば１〜２週間ほど必要であり、製造時間も増大する。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、よって、本発明の目的は、ヘリカルギヤの歯溝加工をＮＣフライスなどの汎用工作機械によりギヤブランクを直接切削することで、所望の合成樹脂製ヘリカルギヤを製作できるヘリカルギヤ切削加工方法及び切削加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係るヘリカルギヤ切削加工方法は、工具を回転させてワークピースの切削を行う工作機械を用いて所望のヘリカルギヤを切削加工するヘリカルギヤ切削加工方法であって、前記所望のヘリカルギヤの歯先円直径と同じ直径、及び該ヘリカルギヤの歯幅と同じ厚さを有するギヤブランクを用意し、任意の角度に設定可能な数値制御式回転テーブルを、回転工具が取り付けられる主軸の中心線に対してヘリカルギヤのねじれ角と同じ角度だけ傾け、前記数値制御式回転テーブルの上面に回転可能に設けられている回転テーブル上に、該回転テーブルに間隔を置いて平行に前記ギヤブランクを固定し、前記回転工具によりギヤブランクに歯溝を形成することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明のヘリカルギヤ切削加工方法は、所望のヘリカルギヤの１歯分の歯直角断面又はヘリカルギヤの中心軸に対して直角に断面された歯形の輪郭形状を回転工具の半径分オフセットした工具軌跡に沿って前記回転工具を基準点から移動させ、１歯分の歯溝を切削加工し、回転工具を前記基準点に戻し、次に、前記数値制御式回転テーブル上に設けられている前記回転テーブルを１歯分回転させ、再び前記工具軌跡に沿って１歯分の歯溝を切削加工し、これを所望の歯数分繰り返すことを特徴としている。
【００１５】
また、上記方法を実行するための本発明に係るヘリカルギヤ切削加工装置は、ＮＣフライスと、取り付け面が所望のヘリカルギヤのねじれ角と同じ傾斜角を有する傾斜台と、該傾斜台の取り付け面に取り付けられる数値制御式回転テーブルと、ギヤブランクが平行且つ間隔をおいて取り付けられる、前記数値制御式回転テーブル上に回転可能に取り付けられた回転テーブルとを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のヘリカルギヤ切削加工方法及び切削加工装置によれば、汎用のＮＣフライスでヘリカルギヤを製作することが可能となり、ヘリカルギヤ試作部品の試作コストの削減と納期短縮を大幅に実現させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例に付き図１〜９を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る一実施例としての切削加工装置を備えたＮＣフライスの正面図であり、図２は、図１に示されたＮＣフライスの右側面図である。図３は、ギヤブランク及び回転テーブルのＮＣフライスへの取り付けを説明するための要部拡大正面図であり、図４は、ギヤブランク及び回転テーブルがＮＣフライスに取り付けられた状態を示す要部拡大右側面図である。図５は、回転工具中心線の工具軌跡とギヤブランクとの関係を示す要部拡大概略上面図であり、図６は、一歯分の回転工具中心線の工具軌跡を示す斜視図であり、図７は、回転工具によるギヤブランクの加工状態を示す要部拡大斜視図であり、図８は、所望の形状に加工されたヘリカルギヤを示す斜視図である。図９は、本発明に係る一実施例としての加工方法を説明するためのフローチャートである。
【００１９】
本実施例においては、複写機やプリンターなどの事務機器の紙送り機構に使用される、モジュール０．３〜１．０のヘリカルギヤを製作すべく、例えば、（これに限られるものではないが）ＰＯＭやＭＣナイロンなどのような、合成樹脂製ギヤブランクを小径の回転工具でＮＣフライスを使用して直接切削加工する方法が示される。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、加工機械としてのＮＣフライスは、テーブル１６をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させるＸ軸テーブル１５及びＹ軸テーブル２０を支持台１０上に備えている。具体的には、Ｙ軸テーブル２０は、サーボモータ２ａを介してＸ軸テーブル１５をＹ軸方向に移動させ、Ｘ軸テーブル１５は、サーボモータ１ａを介してＮＣフライスのテーブル１６をＸ軸方向に移動させる。結果として、ＮＣフライスのテーブル１６は、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動可能に設けられている。
【００２１】
ＮＣフライスのテーブル１６上には、傾斜台４１を介して数値制御式回転テーブル１７が所望の角度に固定される。数値制御式回転テーブル１７上面には、被切削材（ワークピース）としての円盤状ギヤブランク３２が取り付けられる回転テーブル３０が、テーブル１７の中心軸線Ｏ１−Ｏ１’の周りに回転可能に設けられる（図４参照）。
【００２２】
数値制御式回転テーブル１７は、図４に示されるように、傾斜台４１により、ＮＣフライスのテーブル１６対して、製作されるヘリカルギヤのねじれ角に等しい傾斜角βとなるように設定（調整）可能である。数値制御式回転テーブル１７の角度の設定方法は、例えば、傾斜角の異なる傾斜台４１を複数用意し、ＮＣフランジのテーブル１６に対して、言い換えれば水平面に対して所望の角度の傾斜角βを有する傾斜台４１を選択し、選択された所望の角度βを有する傾斜台４１上に数値制御式回転テーブル１７を固定するようにしてもよいし、手動で又はステッピングモータなどを利用して自動的に所望の角度βに調整できるようにしてもよい。また、回転テーブル３０は、回転軸サーボモータ１４により駆動される。
【００２３】
回転テーブル３０に取り付けられるギヤブランク３２は、上記したように合成樹脂製であり、所望の、すなわち、製作しようとするヘリカルギヤの歯先円直径及び歯幅とそれぞれ同じ直径及び厚さを有する円盤状を成している。該ギヤブランク３２の回転テーブル３０上への取り付けは、図３に例示されるように、回転テーブル３０上にネジ固定される固定治具３３を介して固定ナット３１により回転テーブル３０上に該回転テーブル３０の表面に平行に且つ間隔を置いて固定される。
【００２４】
一方、ＮＣフライスには、Ｚ軸テーブル１３が、支持台１０から上方に延在する支柱１１にＺ軸方向に移動可能に設けられている。該Ｚ軸テーブル１３は、サーボモータ１ｂによりＺ軸方向に駆動される。Ｚ軸テーブル１３に回転可能に取り付けられている主軸１２の先端に、切削用回転工具６１がさらに取り付けられる。なお、該主軸１２は、図示されないモータにより駆動され、回転する。
【００２５】
複写機やプリンター用のヘリカルギヤを製作する本実施例においては、切削用回転工具６１として直径０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍの小径エンドミルを採用し、２０，０００ｒｐｍ以上の高速回転で切削加工を行うがこれに限られるものではない。
【００２６】
なお、以上の説明から理解されるように、回転工具６１の中心を通るＺ軸に平行な工具中心線Ｏ−Ｏ’は、ギヤブランク３２が取り付けられている数値制御式回転テーブル１７の中心軸線Ｏ１−Ｏ１’とねじれ角βに等しい角度を成す（図４、図７参照）。
【００２７】
ＮＣフライスの取り付けられたギヤブランク３２の加工方法に関し、以下に説明する。
【００２８】
上記したように、キャブランク３２は、回転工具６１とねじれ角βを成すようにＸ軸テーブル１５、Ｙ軸テーブル２０、傾斜台４１などを調整して所定位置に位置決めされ、回転テーブル３０上に固定される。
【００２９】
回転工具６１は、図５、６に示されるようなヘリカルギヤの歯溝加工の工具軌跡５１に沿って動作する。図５、６に示される工具軌跡５１は、製作しようとしているヘリカルギヤの１歯分の歯直角断面又は該ヘリカルギヤの中心軸に直角の断面の歯形輪郭形状を回転工具６１の半径分オフセットした工具中心線Ｏ−Ｏ’の軌跡である。該、工具軌跡５１の形状及び回転工具６１のＺ軸方向への送りピッチｐは、ヘリカルギヤの直径、歯数、ねじれ角、モジュールあるいはギヤブランクの材質や回転工具径などに基づいて、制御装置内に予め複数の軌跡が作成、記憶されており、製作すべきヘリカルギヤの直径、歯数、ねじれ角、モジュールあるいは切削されるギヤブランクの材質や使用する回転工具径などのデータを入力することにより選択されるようにしてもよい。あるいは、ヘリカルギヤの直径、歯数、ねじれ角、モジュールあるいはギヤブランクの材質や回転工具径などを入力したときに、工具軌跡５１を作成するようにしてもよい。
【００３０】
具体的には、回転工具６１は、基準点すなわち加工開始点である当初位置（図６の実施例ではＯ−Ｏ’線上のＡ点）から図５に示される工具軌跡５１に沿って動作し、１層目の切削加工を行い、当初位置に戻る。なお、回転工具６１のこの動作が、回転工具６１自体が工具軌跡５１を描くように移動するのではなく、Ｘ軸テーブル１５、Ｙ軸テーブル２０が移動し、テーブル１６上のギヤブランク３２を移動させることで、相対的に、回転工具６１が工具軌跡５１に沿うように動作して切削加工を実行することは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００３１】
一層目の切削加工が完了すると、次に、回転工具６１を、Ｚ軸テーブル１３を移動させることで、当初位置からＺ軸マイナス方向に一定の切込みピッチｐだけ下降させる。回転工具６１は、再び、工具軌跡５１に沿って動作し、２層目の切削加工を行う。このような回転工具６１の加工動作を繰り返すことにより、ヘリカルギヤの１歯分の形状が切削加工される。
【００３２】
ギヤブランク３２の１歯分の形状の切削加工が完了すると、回転工具６１は、Ｚ軸プラス方向に上昇し、当初位置Ａに戻る。この後、回転テーブル３０が、回転軸サーボモータ１４により、製作されるヘリカルギヤの歯数（ｚ）により決定される角度θ（＝３６０゜／ｚ）だけ回転し、次の歯の切削加工が開始される。このような切削加工を歯数分だけ繰り返すと、図８に示されるような所望のねじれ角βのヘリカルギヤが完成する。
【００３３】
このようなヘリカルギヤの切削加工の流れを、図９に示されるフローチャートを用いて説明する。位置決め指令（Ｇ００）によりギヤブランク３２が所定位置に位置決めされ、回転工具６１が加工開始点に位置決めされ、ヘリカルギヤ切削加工サイクルがスタートする。
【００３４】
ステップＳ０で設定された、すなわち製作しようとするヘリカルギヤに関する歯数（ｚ）等のデータが入力され、次に、ステップＳ１で数値制御式回転テーブル１７の原点復帰動作が実行される。テーブル１７の原点復帰が完了すると、ステップＳ２で歯数カウンタの変数ｎを初期化する。すなわち、変数をゼロにリセットする。次に、ステップＳ３でサブプログラム呼び出しＭコード（Ｍ９８；Ｂａｓｉｃ言語のＧＯＳＵＢ命令に相当し、メインプログラムの中でＭ９８読み取ると、サブプログラムにジャンプし、指定されたアドレスのサブプログラムを実行する。なお。サブプログラムでＭ９９を読み込むと、メインプログラムに戻る。）を読み取り、所望のヘリカルギヤの１歯分の加工サブプログラムを呼び出し、ステップＳ４で、１歯分の歯溝加工を行う。次に、ステップＳ５で歯数カウンタの数値（ｎ）をカウントアップし、続いて、ステップＳ６で歯数カウンタの数値（ｎ）と歯数（ｚ）とを比較する。歯数カウンタの数値（ｎ）が歯数（ｚ）より小さい場合は、ステップＳ７に進み、回転テーブル３０を１歯分（θ）回転させ、再びステップＳ３〜ステップＳ６を実行する。歯数カウンタの数値が歯数と等しいか又は大きい場合、ステップＳ８に進み、ヘリカルギヤの加工が完了する。
【００３５】
以上により、図８に示されるような所望のヘリカルギヤ３２を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る一実施例としての切削加工装置を備えたＮＣフライスの正面図である。
【図２】図１に示されたＮＣフライスの右側面図である。
【図３】ギヤブランク及び回転テーブルのＮＣフライスへの取り付けを説明するための要部拡大正面図である。
【図４】ギヤブランク及び回転テーブルがＮＣフライスに取り付けられた状態を示す要部拡大右側面図である。
【図５】回転工具中心線の工具軌跡とギヤブランクとの関係を示す要部拡大概略上面図である。
【図６】一歯分の回転工具中心線の工具軌跡を示す斜視図である。
【図７】回転工具によるギヤブランクの加工状態を示す要部拡大斜視図である。
【図８】所望の形状に加工されたヘリカルギヤを示す斜視図である。
【図９】本発明に係る一実施例としての加工方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１０          支持台
１１          支柱
１２          主軸
１３          Ｚ軸テーブル
１４          サーボモータ
１７          数値制御式回転テーブル
３０          回転テーブル
４１          傾斜台
５１          工具軌跡
６１          回転工具
【図１】
2006218581.tif 000003
【図２】
2006218581.tif 000004
【図３】
2006218581.tif 000005
【図４】
2006218581.tif 000006
【図５】
2006218581.tif 000007
【図６】
2006218581.tif 000008
【図７】
2006218581.tif 000009
【図８】
2006218581.tif 000010
【図９】
2006218581.tif 000011